DE19730196C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung nach dem Senklotprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip, bei welchem ein an einem Meßseil hängendes Tastgewicht auf ein Füllgut abgesenkt und beim Auftreffen auf das Füllgut die von einer Seiltrommel abgespulte Länge des Meßseils elektronisch durch Zählen von beim Spulvorgang der Seiltrommel erzeugten Impulsen in einer Zähleinrichtung bestimmt wird, wobei die Seiltrommel mit einer Antriebsachse eines Elektromotors federnd gekoppelt ist und eine relative Veränderung der Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle als Kriterium für das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut herangezogen wird, sowie eine hierfür geeignete elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung.

Verfahren und Vorrichtungen zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip sind hinlänglich bekannt und beispielsweise in den Dokumenten DT 21 51 094, DE 24 01 486 B2, DE-PS 81 99 23, DE 39 42 239 A1, US-PS 3,838,518, DE 195 43 352 A1, G 70 31 884.2, DE- PS 819 923, G 73 29 766.2 sowie DE 28 53 360 A1 beschrieben. Bei diesen Verfahren zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip wird ein an einem Meßseil hängendes Tastgewicht auf das Füllgut abgesenkt. Beim Auftreffen auf das Füllgut wird die von der Seiltrommel abgespulte Länge des Meßseiles ermittelt und an einer Anzeigevorrichtung die Füllstandshöhe bzw. die Füllmenge angezeigt. Für unterschiedliche Füllgüter werden zweckmäßigerweise unterschiedliche Tastgewichte eingesetzt.

Das Hauptanwendungsgebiet der elektromechanischen Lotung liegt in der Füllstandmessung von sehr hohen Behältern, wo Lösungen mit anderen Meßprinzipien sehr kostenintensiv oder aus physikalischen Gründen nicht möglich sind. Mit der elektromechanischen Lotung sind Füllstände in Behältern von derzeit bis zu etwa 70 m meßbar.

Ein Verfahren zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip, bei dem die Seiltrommel und die Antriebsachse eines Elektromotors federnd miteinander gekoppelt sind, und bei welchem die Füllstandhöhe durch Zählen von beim Spulvorgang der Seiltrommel erzeugten Impulsen in einer Zähleinrichtung bestimmt wird, beschreibt die DE 31 49 220 A1 der Anmelderin. Bei dem dort beschriebenen Meßverfahren wird das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut vorteilhafterweise ohne die Betätigung von mechanischen Schaltgliedern festgestellt. Außerdem ist es bei dem dort beschriebenen Meßverfahren nicht mehr notwendig, die elektrischen Eingangsgrößen des Elektromotors überwachen zu müssen. Da der Sensor über dem außerhalb des für das Füllgut bestimmten Raums angeordnet ist, unterliegt sein Aufbau nicht dem für das Behälterinnere geltenden Anforderungen. Dies bedeutet, daß für die Mehrzahl von Füllgütern Sensoren mit geringerem Aufwand für die Kapselung eingesetzt werden können.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Seiltrommel und die mit dem Elektromotor verbundene Antriebswelle dank der Federkopplung relativ zueinander zwischen zwei Endlagen um einen begrenzten Winkelbereich drehbar angeordnet sind, wobei die Seiltrommel bei am Meßseil freihängenden Tastgewicht gegenüber der Welle die eine Endlage und bei vom Füllgut getragenen Tastgewicht die andere Endlage einnimmt. Die Seiltrommel und die Antriebsachse des Elektromotors sind jeweils mit Impulsgeberscheiben drehfest gekoppelt, welche von kontaktlosen Sensoren abgetastet werden. Wenn das Tastgewicht auf die Füllgutoberfläche auftrifft, entfällt die vom Tastgewicht im Meßseil hervorgerufene Zugspannung, wodurch eine Relativverdrehung der beiden Impulsscheiben zueinander eintritt. Die hierbei auftretende unterschiedliche Anzahl von Impulsen am Ausgang der Sensoren, die die beiden Impulsscheiben abtasten, wird detektiert und abhängig hiervon ein Relais, das die Drehrichtung des Elektromotors umschaltet, aktiviert.

Wenngleich bei diesem bekannten Füllstandmeßverfahren nach dem Senklotprinzip das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut elektronisch erfaßt wird, sind nachteiligerweise weiterhin mechanische Kipphebel bzw. Mikroschalter für ein Abschalten des Elektromotors in oberer Endlage notwendig. In oberer Endlage läuft nämlich das Tastgewicht gegen eine Endanschlageinrichtung, die einen Hebelarm eines Mikroschalters beim Anschlagen auslöst. Der Mikroschalter erzeugt hierbei ein Abschaltsignal, das über einen Motorschütz den Elektromotor abschaltet.

Problematisch bei diesem bekannten Meßverfahren ist des weiteren die Tatsache, daß ausschließlich eine fest vorgegebene Impulsdifferenz der beiden mit der Seiltrommel und Antriebswelle verbundenen Impulsgeberscheiben als Maß für das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut überwacht wird. Dies führt immer dann zu Fehlmessungen, wenn die detektierte Impulsdifferenz nicht auf das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut zurückzuführen ist, sondern andere Ursachen hat. Solche anderen Ursachen können z. B. Pendelbewegungen des Tastgewichtes aufgrund von starken behälterinternen Luftturbulenzen, extern auf den Behälter einwirkende Vibrationen oder dgl. sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das bekannte Verfahren zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip und die zugehörende Meßeinrichtung hinsichtlich der Meßgenauigkeit weiter zu verbessern, wobei eine frei von Mikroschaltern mögliche und damit vollelektronische Überwachung der Bewegung des Meßseiles und des daran endseitig hängenden Tastgewichtes durchführbar sein soll.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht demnach im wesentlichen darauf, daß ausgehend von einem zu Beginn des Meßverfahrens bestimmten Absolutwert für die Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle kontinuierlich und vorzeichenrichtig die augenblickliche Abweichung von diesem Absolutwert detektiert wird, und daß bei einer vorgegebenen Abweichung der Elektromotor abgeschaltet oder in seiner Drehrichtung umgekehrt wird.

Zur Durchführung eines solchen Meßverfahrens nach dem Senklotprinzip ist sowohl die Seiltrommel als auch die An­ triebswelle des Elektromotors jeweils mit einer Impulsgeberscheibe drehfest gekoppelt, wobei eine Auswerte- und Steuereinrichtung, z. B. ein Mikrocontroller, zum Detektieren der relativen Verdrehungsänderung der beiden Impulsgeberscheiben zueinander sowie zur hiervon abhängigen Steuerung des Elektromotors vorgesehen ist. Jede der Impulsgeberscheiben verfügt über eine Vielzahl von Impulsmarken sowie jeweils über eine Referenzimpulsmarke. Die Impulsgeberscheiben werden von Impulsdetektionsmitteln zum Erfassen der Impulsmarken und Referenzimpulsmarken abgetastet. Dank der Vorgesehenen Referenzimpulsmarken kann die augenblickliche Verdrehung der Seiltrommel und der Antriebswelle des Elektromotors zueinander bestimmt und damit die Abweichung vom anfänglichen Absolutwert jederzeit bestimmt werden. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil die augenblickliche Verdrehung beider Wellen zueinander dem auf die Seiltrommel wirkenden und vom Tastgewicht ausgehenden Drehmoment direkt proportional ist.

Zur Bestimmung der Relativverdrehung der Seiltrommel und der Antriebswelle sowie der insgesamt durchgeführten Wellenrotatio­ nen der Seiltrommel und/oder Antriebswelle können die Impuls­ geberscheiben beispielsweise als Zahnscheiben ausgebildet sein, die mittels mehrerer Gabelschranken, z. B. Gabellichtschranken, abgetastet werden. Zur Abtastung der Impulsgeberscheiben können jedoch nicht nur optische Impulsdetektionsmittel, wie Gabel­ lichtschranken, sondern auch andere berührungslos arbeitende Detektionsmittel, wie z. B. induktiv oder magnetisch arbeitende Detektionsmittel, eingesetzt werden.

Zweckmäßigerweise wird jede Impulsgeberscheibe jeweils mit vier Gabelschranken abgetastet. Die Verwendung von vier Gabelschran­ ken pro Zahnscheibe ermöglicht neben der Generierung eines in­ krementalen Rotationssignales auch die Erzeugung eines Dreh­ richtungssignales sowie eines Referenzimpulses pro Umdrehung. Die Messung der Drehrichtung ist erforderlich, da aufgrund mög­ licher Pendelschwingungen des Tastgewichtes während der Beschleunigungs- bzw. Abbremsphase des Tastgewichtes, oder bei Einwirkung starker behälterinterner Luftturbulenzen auf das Tastgewicht, sowie bei externen Vibrationen die Drehrichtung der Impulsgeberscheiben kurzzeitig von der durch den Elektromotor vorgegebenen Drehrichtung abweichen kann.

Die Erzeugung eines Referenzimpulses pro Umdrehung, was dank der jeweiligen Referenzimpulsmarke auf jeder der beiden Impulsgeber­ scheiben möglich ist, wird benötigt zur Bestimmung der anfäng­ lichen Absolutverdrehung der beiden Impulsgeberscheiben und damit der Absolutverdrehung zwischen Seiltrommel und Antriebs­ achse des Elektromotors. Der Absolutwert für die Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle ist bei Inbetriebnahme des Meß­ systems zunächst unbekannt und kann durch lediglich inkrementa­ les Abtasten der Zähne, wie es in DE 31 49 220 A1 beschrieben ist, nicht ermittelt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird jede der beiden Impulsgeberscheiben jeweils durch vier an verschiedenen Positionen angeordnete Gabelschranken abgetastet. Da voraussetzungsgemäß jede der Impulsgeberscheiben neben der Vielzahl von Impulsmarken auch jeweils mit einer Referenzimpulsmarke, z. B. durch Ausbildung einer verbreiteten Zahnlücke oder einer fehlen­ den Zahnlücke versehen ist, können neben den durchgeführten Wellenrotationen auch die Drehrichtung und der Absolutwert für die Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle in einfacher Weise zuverlässig bestimmt werden.

Zweckmäßigerweise werden bei Verwendung von Zahnscheiben als Impulsgeberscheiben die Gabelschranken paarweise um n . 90° Zahnperiode pro Zahnscheibe (mit n = 1, 3, 5 . . . .) zueinander versetzt angeordnet, wodurch die Drehrichtungsinformation ableitbar ist. Mittels eines weiteren Gabelschrankenpaares, das in gleicher Weise zueinander versetzt angeordnet ist wie das erste Gabelschrankenpaar, können die Impulsgeberscheiben an einer weiteren Stelle abgetastet werden, wodurch eindeutig die Referenzimpulsmarke bestimmbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Absolutwert für die relative Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle zu Beginn des Meßvorganges bestimmt. Dies kann beispielsweise durch kurzes Absenken des Tastgewichtes oberhalb des Füllgutes erfolgen. Anschließend wird das Tastgewicht angehoben und dabei beobachtet, ob der zuvor ermittelte Absolutwert für die Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle des Elektromotors um einen vorgegebenen Wert überschritten wird. Nachdem das Tastgewicht an einer oberen Endanschlageinrichtung, beispielsweise in den Weg des Tastgewichtes ragende Bolzen, anschlägt, wird dieser Absolutwert tatsächlich überschritten, wobei der Zählerstand der Zählereinrichtung auf einen Anfangswert gesetzt wird. Anschließend wird das Tastgewicht in Richtung Füllgut bei gleichzeitigem Zählen der Impulse abgesenkt, bis der Absolutwert um einen bestimmten Betrag unterschritten wird, was das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut signalisiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Auswerte- und Steuerelektronik die Drehrichtung beider Impulsgeberscheiben dadurch, daß jeweils die Änderung der Signalzustände und insbesondere der Flankenwechsel von in zwei um n . 90° Impulsperiode versetzten und jeweils einer der Impulsgeberscheiben zugeordneten Impulsdetektionsmitteln erzeugten Impulsen ausgewertet werden.

Das Maß für die Verdrehungsänderung der beiden Impulsgeberscheiben an der Seiltrommel und der Antriebswelle des Elektromotors wird durch Vergleich mit einem oder mehreren vorgegebenen Sollwerten überwacht. Ist einer dieser vorgegebenen Sollwerte über- oder unterschritten, wird eine Störmeldung akustisch und/oder optisch generiert. Die Überwachung kann z. B. mit einem oberen und unteren Sollwert erfolgen, die jedoch nicht notwendigerweise den gleichen Abstand zum Absolutwert, der am Anfang der Messung bestimmt wird, haben müssen.

Bei Detektion eines Überschreitens des anfänglich bestimmten Absolutwertes während des Anhebens des Tastgewichtes bis unterhalb eines vorgegebenen Abstandes zur Endanschlageinrichtung kann eine Steuerroutine gestartet werden, welche eine Laufunterbrechung, eine kurze Richtungsumkehr und ein an­ schließendes erneutes Anheben des Tastgewichtes mit reduziertem Drehmoment vorsieht. Eine solche Steuerroutine ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beim Anheben des Tastgewichtes eine Blockade auftritt, beispielsweise dadurch, daß das Tastgewicht während eines Befüllvorganges verschüttet wird oder beim Anheben verklemmt. Die Steuerroutine wird vorzugsweise mehrmals hintereinander durchgeführt, um das Tastgewicht nach einer vorgegebenen Anzahl von z. B. vier vergeblichen Hebeversuchen mit maximalem Drehmoment anzuheben, wobei eine Störmeldung ausgegeben wird, wenn dies nicht gelingt. Nach Generierung dieser Störmeldung, die anzeigt, daß die Meßeinrichtung defekt ist, muß eine Bedienperson nach dem aufgetretenen Fehler sehen.

Zweckmäßigerweise wird die Auswerte- und Steuereinrichtung nach einer Laufunterbrechung des Elektromotors zunächst mit einem Sanftanlauf bei reduzierter Drehmomentaufnahme einen Hebevorgang des Tastgewichtes einleiten.

Zur Realisierung eines solchen Sanftanlaufes des Elektromotors kann eine impulsförmige Ansteuerung eines Asynchronmotors vorgesehen werden. Die impulsförmige Ansteuerung erfolgt durch definiertes Ein- und Ausschalten des an Netzwechselspannung angeschlossenen Asynchronmotors in der Weise, daß jeweils in vorgegebenen Abständen Halbwellen oder Vollwellen der Netzwechselspannung an den Asynchronmotor angelegt werden. Zur Ansteuerung des Ansynchronmotors eignen sich Halbleiterschaltmittel, insbesondere Triacs.

Die Impulsdetektionsmittel der elektromechanischen Füllstandmeßvorrichtung zur Durchführung eines solchen Meßverfahrens werden, wie erwähnt, zweckmäßigerweise für jede der beiden Impulsgeberscheiben durch zwei Gabelschrankenpaare gebildet. Hierbei sind jeweils die beiden Gabelschranken des ersten Gabelschrankenpaares um n . 90° Zahnperiode und die beiden Gabelschranken des zweiten Gabelschrankenpaares ebenfalls um n . 90° Zahnperiode zueinander versetzt, (wobei n = 1, 3, 5 . . . ist) in Bezug auf die jeweilige Impulsgeberscheibe angeordnet. Die beiden Gabelschrankenpaare selbst wiederum müssen zueinander um ein ganzzahliges Vielfaches von 360° Zahnperiode versetzt sein.

Eine solche Anordnung der Gabelschrankenpaare ist notwendig, da es aufgrund der geometrischen Größe der Gabelschranken in der Regel nicht realisierbar ist ein und denselben Zahn mit einem Gabelschrankenpaar abzutasten.

Die elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach der Erfindung sieht in der Auswerte- und Steuereinrichtung einen Speicher vor, in welchem der anfängliche Absolutwert für die relative Verdrehung der beiden Impulsgeberscheiben zueinander sowie vorgegebene Differenzbeträge, also Sollgrößen, abspeicherbar sind. Detektiert die Auswerte- und Steuereinrichtung eine Abweichung der relativen Verdrehung der beiden Impulsgeberscheiben zueinander um mindestens einen dieser vorgegebenen Sollgrößen, so wird eine Steuerroutine für den Elektromotor eingeleitet. Die Steuerroutine kann beispielsweise darin bestehen, daß der Elektromotor abgeschaltet wird, in seiner Drehrichtung umgekehrt wird oder die oben erwähnten Steuerroutine mit mehrfachen Startversuchen eingeleitet wird.

Der bei der elektromechanischen Füllstandmeßvorrichtung nach der Erfindung eingesetzte Elektromotor ist zweckmäßigerweise ein Asynchronmotor, der Anschlußklemmen für den Anschluß an ein Drehstrom- oder Einphasenstromnetz aufweist. Dem Elektromotor ist vorzugsweise ein selbsthemmendes Getriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe, nachgeschaltet, damit bei Stromausfall das Tastgewicht in seiner augenblicklichen Lage gehalten wird und nicht ungewollt absinken kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Füllstandmessung und eine hierfür geeignete Meßvorrichtung wird anschließend im Zusammenhang mit mehreren Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht von vorn auf die Meßvorrichtung bei geöffnetem Deckel,

Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht durch die in Fig. 1 markierte Ebene E-E der Meßvorrichtung,

Fig. 3 eine Detailansicht entlang der Schnittebene A-A von Fig. 2 mit Draufsicht auf eine der Impulsgeberscheiben mit vier die Impulsgeberscheibe abtastenden Gabelschranken,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der in der Meßvorrichtung in Fig. 1 eingesetzten Elektronik,

Fig. 5 schematisch einzelne Zähne der Impulsgeberscheiben samt Anordnung der die Impulsgeberscheiben abtastenden Gabelschranken sowie die zugehörenden Impulsdiagramme bei angenommener relativer Verdrehung der Impulsscheibe der Seiltrommel in eine erste Richtung,

Fig. 6 das zugehörende Impulsdiagramm der die Impulsscheibe der Seiltrommel abtastenden Gabelschranken bei angenommener Verdrehung in entgegengesetzte Richtung,

Fig. 7 Impulsdiagramme am Ausgang der Gabelschranken zur Bestimmung des Absolutwertes der Verdrehung der Seiltrommel und der Antriebswelle des Elektromotors sowie Impulsdiagramme bei Abweichung von diesem Absolutwert und

Fig. 8 Spannungsverläufe einer Einphasennetzwechselspannung, einer hieraus gewonnenen impulsförmig an den Asyn­ chronmotor angelegten Spannung sowie die zugehörende Resultierende.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 weist die elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung ein Gehäuse 101 mit einer unteren Öffnung auf. Innerhalb des Gehäuses 101 ist eine Seiltrommel 103 angeordnet, auf der ein Meßseil 105 aufgespult ist. Die Seiltrommel 103 sitzt auf einer Seiltrommelwelle 104. Am Ende des Meßseils 105 hängt ein Tastgewicht 107. In einem endseitigen Abschnitt ist das Meßseil 105 von vier aneinandergereihten Hülsen 111 sowie mit einer konisch verbreiteten Hülse 111a umgeben. Innerhalb des Gehäuses 101 sind Endanschlagbolzen 109 angeordnet, zwischen denen das Meßseil 105 geführt wird. In oberer Endlage, die in Fig. 1 dargestellt ist, schlagen die Hülsen 111 an diesen Endanschlagbolzen 109 an. Zur Führung des Meßseiles 105 sind innerhalb des Gehäuses 101 noch eine Seilführungshilfenrolle 117 und eine Andruckrolle 118 angeordnet. Das Meßseil 105 läuft auch zwischen dieser An­ druckrolle 118 und der Seilführungshilfenrolle 117.

Zum Antrieb der Seiltrommel 103 sowie der Seilführungshilfenrolle 117 ist ein Elektromotor 113, vorzugsweise ein Asynchronmotor, vorgesehen. Der Elektromotor 113 ist mit einem Getriebe 115, das vorzugsweise selbsthemmend als Schneckengetriebe ausgebildet ist, gekoppelt. Die Antriebswelle 119 am Ausgang des Getriebes 115 ist mit der Seiltrommelwelle 104 über eine Federeinrichtung 123 gekoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist diese Federeinrichtung 123 eine Schlingfeder, die die Antriebswelle 119 und die Seiltrommelwelle 104 nach Art einer Schlingfederkupplung miteinander verbindet.

Die Drehmomentübertragung von der Antriebswelle 119 auf die Seiltrommelwelle 104 erfolgt ausschließlich über diese Schlingfederkupplung. Hierfür sitzen auf der Seiltrommelwelle 104 und auf der Antriebswelle 119 zueinander gewandt jeweils Scheiben 128, 130 mit einem koaxial hervorstehenden Flansch 128a, 130a. Die beiden Flansche 130a und 128a sind zueinander beabstandet angeordnet. Auf den beiden Flanschen 128a und 130a sitzt koaxial die Schlingfeder der Federeinrichtung 123 auf.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist ein endseitiger Federschenkel 123a der Schlingfeder 123 zwischen zwei auf der Scheibe 128 angeordneten Bolzen 135 eingeklemmt. Der andere, in den Figuren nicht erkennbare Federschenkel der Federeinrichtung 123 ist in ähnlicher Weise zwischen zwei aus der Scheibe 130 hervorstehenden Bolzen klemmend gehalten. Hierdurch ist eine Kopplung von Antriebswelle 119 und Seiltrommelwelle 104 nach Art einer im Hook'schen Bereich betriebenen Feder erreicht. Bei Antrieb des Elektromotors 113 und der damit verbundenen Drehung der Antriebswelle 119 wird auch die Seiltrommelwelle 104 und damit die Seiltrommel 103 in Drehbewegung versetzt.

Damit bei einem etwaigen Bruch der Schlingfeder 123 kein ungewolltes Durchrutschen der Seiltrommel 103 erfolgt, ragen von der Scheibe 128 in Richtung Elektromotor zwei um 180° zueinander versetzte weitere Anschlagbolzen 125 hervor. Des weiteren ragt von der Scheibe 130 ein einzelner Anschlagbolzen 127 heraus, der bei Verdrehung der beiden Scheiben 128, 130 um mehr als etwa 180° an einem der Bolzen 125 anschlägt und eine weitere Verdrehung verhindert. Hierdurch ist ein wirksamer Schutzmechanismus bei Bruch der Federeinrichtung 123 geschaffen.

Die Federeinrichtung 123 ist hinsichtlich ihrer Federkraft so bemessen, daß im Normalbetrieb der Meßeinrichtung ein Anschlagen an den erwähnten Bolzen 125, 127 ausgeschlossen ist.

Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, daß die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Meßvorrichtung über einen Befestigungsflansch 121 verfügt, welcher an einer entsprechenden Behälteröffnung befestigbar ist.

Zur vollelektronischen Erfassung der Drehbewegung der Seiltrommelwelle 104 und damit der Seiltrommel 103 sowie der Antriebswelle 119 sitzen auf den beiden Scheiben 128, 130 jeweils Impulsgeberscheiben 129, 131. Diese Impulsgeberscheiben 129, 131 werden von Impulsdetektionsmitteln, die noch näher erläutert werden, einer Auswerte- und Steuereinrichtung 150 abgetastet. Hierfür sitzt im Gehäuse 101 der Meßvorrichtung eine Schaltungsplatine 152 einer Auswerte- und Steuereinrichtung 150. Auf der Unterseite der Schaltungsplatine 152 sind Gabelschranken A1 bis D2 angeordnet, die die erwähnten Impulsgeberscheiben 129, 131 abtasten.

In Fig. 3 ist anhand der Schnittebene A-A von Fig. 2 beispielhaft die Draufsicht auf die Impulsgeberscheibe 129 mit den zugehörenden Impulsdetektionsmitteln gezeigt. Die Impulsgeberscheibe 129 ist drehfest auf der Scheibe 128 mittels Schrauben 134 befestigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die Impulsgeberscheibe 129 an ihrem äußeren Umfang mit insgesamt 71 Zähnen und dazwischen befindlichen Lücken ausgestattet. Die Lücken zwischen den Zähnen 1 und 71 weisen jeweils einen gleichen Abstand auf, ebenso ist die Breite der Zähne 1 bis 71 gleich groß gewählt. Zwischen den Zähnen 1 und 71 ist ein Zahn ausgelassen, so daß eine verbreitete Lüke gebildet ist. Diese verbreitete Lücke dient als Referenzimpulsmarke R, während die übrigen Zähne 1 bis 71 als Impulsmarken dienen. Die Zähne 1 bis 71 sowie die Referenzimpulsmarke R werden von insgesamt vier nebeneinanderliegenden Gabelschranken A1, B1, C1, D1, die feststehend auf der Unterseite der Schaltungsplatine 152 angeordnet sind, in noch zu erläutender Art und Weise abgetastet. Die Gabelschranken A1, B1, C1 und D1 können Gabellichtschranken sein. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich die Impulsgeberscheiben und die Gabelschranken so auszubilden, daß eine induktive, kapazitive oder magnetische Abtastung erfolgt. Neben Gabelschranken ist auch die Verwendung von Reflextastern und Näherungsschaltern möglich.

Die in Fig. 3 nicht dargestellte Impulsgeberscheibe 133 ist in ähnlicher Weise gestaltet, weist also ebenfalls Zähne 1 bis 71 und eine Referenzimpulsmarke R sowie vier abtastende Gabelschranken auf.

Die Auswerte- und Steuereinrichtung 150 der Meßvorrichtung ist als Blockschaltbild in Fig. 4 gezeigt. Zentraler Bestandteil der Auswerte- und Steuereinrichtung 150 ist ein Mikroprozessor 200 mit einer Speichereinrichtung sowie einer Anzeige- und Bedieneinheit 206. Die Speichereinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über einen EPROM- und EEPROM-Speicher 202, 204. Überwacht wird der Mikroprozessor 200 über eine an sich bekannte Watch-Dog-Schaltung 230 mit nachgeschalteter Power-Down-Schaltung 232.

Eingangsseitig werden dem Mikroprozessor 200 über einen Impulsformer 214 rechteckgeformte Impulse zugeführt, die aus der Abtastung der erwähnten Impulsgeberscheiben 129, 131 stammen. Zweckmäßigerweise werden die von den im Ausführungsbeispiel insgesamt acht Gabellichtschraken A1 bis D2 aufgenommenen Signale über einen Multiplexer 208 dem Impulsformer 214 zugeführt. Die Steuerung des Multiplexers 208 erfolgt ebenfalls über dem Mikroprozessor 200. Des weiteren steht der Multiplexer 208 mit einem Schalter 210 und einem Taster 212 in Verbindung. Der Schalter 210 schaltet die Meßeinrichtung ein, während der Taster 212 einen Meßvorgang bei Betätigung auslöst.

Ausgangsseitig ist der Mikroprozessor 200 mit einem Treiber 216 in Verbindung. Dieser Treiber 216 steuert zwei Ausgangsrelais 222, 224. Das Ausgangsrelais 222 zeigt an, daß das Tastgewicht läuft. Das Ausgangsrelais 224 dient zur Aktivierung einer Störmeldung.

Schließlich ist der Treiber 216 ausgangsseitig mit zwei Halbleiterschaltern 218, 220, vorzugsweise potentialfrei, zum Links- und Rechtsantrieb eines Elektromotors 113, der hier als Asynchronmotor ausgebildet ist, verbunden. Die potentialfreie Ansteuerung der Halbleiterschalter 218, 220 erfolgt beispielsweise über optisch gekoppelte Triacs. Der Halbleiterschalter 218 wird beispielsweise für eine Aufwärtsbewegung des Tastgewichtes und der Halbleiterschalter 220 für eine Abwärtsbewegung des Tastgewichtes aktiviert.

Die Funktionsweise der Meßeinrichtung wird anhand der nachfolgenen Fig. 5 und 6 und der dort gezeigten Impulsdiagramme näher erläutert.

In Fig. 5a und b sind schematisch die auf der Impulsgeberscheibe 129 befindlichen Zähne ausschnittsweise abgewickelt und die theoretisch notwendige Anordnung der zugehörenden Gabelschranken A1, B1, C1 und D1 skizziert. Die Zähne 66 bis 71, die Referenzimpulsmarke R, die durch einen fehlenden Zahn gebildet ist, und der Zahn 1 der Impulsgeberscheibe 129 sind erkennbar. Die Gabelschranke A1 soll theoretisch die Mitte des Zahnes 66, die Gabelschranke B1 die in Fig. 5a dargestellte rechte Flanke des Zahnes 66, die Gabelschranke C1 die Mitte des Zahnes 67 und die Gabelschranke D1 die rechte Flanke des Zahnes 67 abtasten. Die Gabelschranken des Gabelschrankenpaares A1, B1 sind damit, ebenso wie die Gabelschranken C1, D1 des zweiten Gabelschrankenpaares, um jeweils 90° Zahnperiode zueinander versetzt angeordnet. Durch die Anordnung dieser beiden Gabelschrankenpaare A1, B1 und C1, D1 ist neben der Wellenrotation der Zahnscheibe auch die Richtunginformation und die Referenzimpulsmarke R eindeutig bestimmbar.

Aufgrund der geometrischen Größe der Gabelschranken A1 bis D1 ist es jedoch in der Praxis nicht möglich mit einem Gabel­ schrankenpaar A1, B1 den gleichen Zahn (hier 66 bzw. 67) abzutasten. Man verteilt deshalb zweckmäßigerweise die Gabelschranken A1 bis D1 auf verschiedene Zähne.

Eine hierfür geeignete typische Anordnung der Gabelschranken A1 bis D1 zeigt Fig. 5b. Zu dem in Fig. 5b dargestellten Zeitpunkt tastet die Gabelschranke A1 die Mitte des Zahnes 66, die Gabelschranke B1 die linke Flanke des Zahnes 68, die Gabelschranke C1 die Mitte des Zahnes 69 und die Gabelschranke D1 die linke Flanke des Zahnes 71 ab. Die Gabelschranken A1, B1 bzw. C1, D1 sind somit um 630° Zahnperiode zueinander versetzt, was einem ungeradzahligen Vielfachen von 90°-Zahnperiode entspricht. Das Gabelschrankenpaar C1, D1 ist zu dem Gabelschrankenpaar A1, B1 um 3 . 360° Zahnperiode versetzt. Allgemein gilt für die Anordnung der Gabelschranken A1 bis D1 der Zusammenhang, daß die beiden Gabelschranken A1, B1 des ersten Gabelschrankenpaares um n . 90° Zahnperiode und die beiden Gabelschranken C1, D1 des zweiten Gabelschrankenpaares ebenfalls n . 90° Zahnperiode zueinander versetzt anzuordnen sind, wobei n = 1, 3, 5 . . . . Die Gabelschrankenpaare A1, B1 und C1, D1 sind dagegen um ein ganzzahliges Vielfaches von 360° Zahnperiode zueinander versetzt anzuordnen.

In den Impulsdiagrammen von Fig. 5c bis f sind die am Ausgang der Gabelschranken A1 bis D1 aufgrund des Vorbeilaufens der Zähne 1 bis 71 und Zahnlücken abgreifbaren Signale, die vorliegend idealerweise als rechteckförmig angenommen sind, dargestellt. Es wird darüber hinaus angenommen, daß die Gabelschranken A1 bis D1 gemäß der Darstellung von Fig. 5b angeordnet sind. Des weiteren ist angenommen, daß die Zähne 1 bis 71 der Zahnscheibe 129 in aufsteigender Reihenfolge an den Gabelschranken A1 bis D1 vorbeilaufen. Dies entspricht einer Drehung der Impulsgeberscheibe 129 von Fig. 3 entgegen dem Uhrzeigersinn. Wie erkennbar, liefern die Gabelschranken A1 und C1 ein Impulssignal, das bis auf die durch die Referenzimpulsmarke R bedingte Lücke im Impulsdiagramm übereinstimmen. Das gleiche gilt für die Signale der Gabelschranken B1 und D1. Dank der Phasenverschiebung um 90° Zahnperiode zwischen den Impulsdiagrammen von Fig. 5c und d bzw. 5e und f tritt alle 90° Zahnperiode in einem der Impulsdiagramme ein Flankenwechsel im Signal auf. Durch Verknüpfung beider Impulsfolgen, was in Fig. 5g dargestellt ist, lassen sich somit mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung 150 pro Zahn vier einzelne abstandsgleiche Inkrementalimpulse gewinnen. Die einzelnen Impulsgeberscheiben 129, 131 können daher mit einer Zähnezahl, welche einem Viertel der auflösugsbedingt benötigten Zählimpulsmenge pro Umdrehung entspricht, ausgeführt werden, was sich auf eine besonders preisgünstige Herstellbarkeit sehr positiv auswirkt.

Tritt bei einer der Gabelschranken A1 bis D1 eine Signaländerung auf, so läßt sich anhand der Änderung des Signalzustandes und insbesondere der auftretenden Flankenwechsel von Low nach High bzw. von High nach Low in Verbindung mit dem Zustand der um 90° Zahnperiode versetzten Gabelschranke die Links- bzw. Rechtsdrehung der Impulsgeberscheibe eindeutig bestimmen.

Dies wird anhand der Impulsdiagramme von Fig. 6a und b deutlich. Die dort dargestellten beiden Impulsdiagramme entstehen am Ausgang der Gabelschranken A1, B1, wenn die Impulsscheibe 129 entgegen der in Fig. 5c und d erläuterten Drehrichtung dreht und damit im Uhrzeigersinn dreht. Es ist bei einem Vergleich der Impulsdiagramme von Fig. 5c, d mit Fig. 6a, b deutlich erkennbar, daß der Flankenwechsel von Low nach High im Signal 5d nach dem entsprechenden Flankenwechsel von Fig. 5c auftritt. Bei entgegensetzter Drehrichtung erscheint dieser Flankenwechsel von Low nach High im Signal 6b dagegen vor dem Signalwechsel. Dies ist ein eindeutiges Kriterium für die Drehrichtung der Impulsgeberscheibe.

Werden in der Auswerte- und Steuereinrichtung 150 dagegen die Abtastsignale der um 360° bzw. ein Vielfaches hiervon versetzten Gabelschranken, also A1 und C1 bzw. B1 und D1 verglichen, kann das Durchlaufen der Referenzimpulsmarke R detektiert werden. Beide Abtastsignale sind im Normalfall identisch. Weichen die Signale jedoch voneinander ab, so befindet sich die verbreiterte Zahnlücke und damit die Referenzimpulsmarke R unterhalb der Gabelschranke, die keinen Zahn detektiert. Die Erzeugung des inkrementalen Rotations- und Verdrehwinkeldifferenzsiganls wird von jeweils dem Gabelschrankenpaar aufrechterhalten, das durch die verbreitete Zahnlücke und damit die Referenzimpulsmarke R nicht beeinflußt wird.

Es versteht sich, daß alternativ zu einer verbreiteten Zahnlücke auch ein verbreiteter Zahn (durch Entfallen einer Zahnlücke) als Referenzimpulsmarke verwendet werden kann.

Die Verwendung eines fehlenden Zahnes bzw. einer Zahnlücke als Referenzimpulsmarke R hat den Vorteil eines mechanisch besonders einfachen Aufbaus der Meßanordnung, da sämtliche Gabelschranken mit identischer Detektionstiefe ausgeführt werden können. Alternativ hierzu können jedoch auch Zahnscheiben verwendet werden, die als Referenz zwei unterschiedliche Zahnlückentiefen oder Zahnhöhen aufweisen. Es sind in diesem Fall lediglich drei Gabelschranken pro Zahnscheibe erforderlich, von denen jeweils eine durch entsprechenden Aufbau und mechanische Justage auf eine andere Tiefenposition als die anderen Gabelschranken anspricht.

Obwohl im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 lediglich die Abtastung der Impulsgeberscheibe 129 mit vier Gabelschranken A1 bis D1 erläutert wurde, gilt die Abtastung für die zweite Impulsgeberscheibe 131 analog. Dort werden vier Gabelschranken A2 bis D2 zur Abtastung vorgesehen, wobei diese vier Gabelschranken in der erläuterten Art und Weise zueinander beabstandet angeordnet sind.

In Fig. 7 wird der Einfachheit halber anhand der Ausgangssignale der Gabelschranken A1, A2 illustriert, wie der Absolutwert für die anfängliche Verdrehung zwischen Seiltrommelwelle und Antriebswelle des Elektromotors bestimmt und bei einer auftretenden Drehmomentänderung eine Abweichung von diesem anfänglich bestimmten Absolutwert detektiert wird. Die Ausgänge der beiden Gabelschranken A1 und A2 liefern idealerweise den Zahnlücken und Zähnen entsprechende Rechteckimpulse. Beim Vorbeilaufen der Referenzimpulsmarken, die voraussetzungsgemäß im Ausführungsbeispiel durch jeweils eine verbreitete Zahnlücke gebildet sind, tritt eine verbreitete Impulslücke auf, die als Referenzimpulsmarke R1 bzw. R2 bezeichnet ist. Die Mitte der Lücken wird in der Auswerte- und Steuereinrichtung jeweils erfaßt. Dies kann beispielsweise durch kurzes Absenken des Tastgewichtes um eine vorgegebene Strecke erfolgen. Der Abstand der beiden Referenzimpulsmarken R1 und R2 ist ein Maß für die anfängliche Verdrehung der beiden Impulsscheiben 129, 131 (vgl. hierzu Fig. 1) und damit direkt proportional zu dem auf die Seiltrommel durch das Tastgewicht ausgeübten Drehmoment. Der Absolutwert für diese Verdrehung ist in Fig. 7 mit M bezeichnet.

Ändert sich dieses anfängliche Drehmoment, wird der Abstand der beiden Referenzimpulsmarken R1 und R2 vermindert oder erhöht. In Fig. 7c ist das Impulsdiagramm am Ausgang der Gabelschranke A2 dargestellt, wenn der Wert für die relative Verdrehung M' kleiner wird. Der Abstand der Referenzimpulsmarken R1 und R2 wird ebenfalls kleiner. In Fig. 7d ist dagegen gezeigt, wenn der Abstand der Referenzimpulsmarken R1 und R2 größer wird. Der Wert für die relative Verdrehung ist mit M" bezeichnet.

Eine Verminderung des Abstandes der beiden Referenzimpulsmarken R1 und R2 tritt bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel bei einer Verminderung des auf die Seiltrommel wirkenden Drehmomentes auf, was als Kriterium für das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut auswertbar ist. Wird dagegen der anfänglich bestimmte Absolutwert M unterschritten, spricht dies für eine Erhöhung des Drehmoments, was beispielsweise durch das Anschlagen des Tastgewichtes in seiner oberen Endlage oder bei einer Verklemmung des Tastgewichtes erfolgt.

Zweckmäßigerweise sind in der Auswerte- und Steuereinrichtung 150 für diesen Vergleich ein oder mehrere Sollwerte abgespeichert, die nicht notwendigerweise einen gleichen Abstand vom Absolutwert M haben müssen. Dies ist in Fig. 7 durch die Differenzbeträge -ΔM und +ΔM schematisch illustriert.

Beim Auftreten eines Überschreitens des anfänglich bestimmten Absolutwertes für das auf die Seiltrommel wirkende Drehmomentes während des Anhebens des Tastgewichtes bis zu einem vorgegebenen Abstand zur Endanschlageinrichtung kann eine Steuerroutine von der Auswerte- und Steuereinrichtung 150 gestartet werden, welche eine Laufunterbrechung, eine kurze Richtungsumkehr und ein anschließendes erneutes Anheben des Tastgewichtes mit reduziertem Drehmoment vorsieht. Diese Steuerroutine kann mehrmals hintereinander durchgeführt werden und das Tastgewicht nach einer vorgegebenen Anzahl (z. B. vier) von vergeblichen Hebeversuchen mit maximalem Drehmoment angehoben werden. Gelingt dies nicht, wird zweckmäßigerweise eine Störmeldung generiert.

Nach einer Laufunterbrechung des Elektromotors generiert die Auswerte- und Steuereinrichtung vorzugsweise einen Sanftanlauf bei reduzierter Drehmomentaufnahme, um den Hebevorgang des Tastgewichtes einzuleiten. Die Realisierung eines solchen Sanftanlaufes des Elektromotors kann vorzugsweise durch eine impulsförmige Ansteuerung des in Fig. 4 dargestellten Asynchronmotors vorgesehen werden. Hierbei wird die impulsförmige Ansteuerung durch definiertes Ein- und Ausschalten des an eine Netzwechselspannung angeschlossenen Asynchronmotors zweckmäßigerweise so erfolgen, daß jeweils in vorgebbaren Abständen Halbwellen oder Vollwellen der Netzwechselspannung an den Asynchronmotor gelegt werden. Dies wird im Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert.

In Fig. 8a ist der Spannungsverlauf einer Einphasenwechselspannung U mit den aufeinanderfolgenden Halbwellen H1, H2 . . . dargestellt. Für eine verminderte Drehzahl des Asynchronmotors werden diese Halbwellen H1, H2 . . . nur impulsweise über die Halbleiterschalter 218 bzw. 220 (vgl. hierzu Fig. 4) an den Asynchronmotor 113 gelegt. In Fig. 8b werden nur die Halbwellen H1, H3, H6, H8 usw. an den Asynchronmotor 113 geschaltet. Die hierbei Resultierende ist mit dem Bezugszeichen Z bezeichnet. Eine verminderte Drehzahl des Asynchronmotors 113 ist die Folge.

Anstelle der impulsweisen Anlegung von Halbwellen können auch impulsweise Vollwellen an den Asynchrionmotor 113 zur Drehzahlminderung geschaltet werden. Dies zeigt schematisch der Signalverlauf von Fig. 8, wobei die an den Asynchronmotor 113 geschalteten Vollwellen mit den Bezugszeichen V1, V3 und die hierzu Resultierende wiederum mit dem Bezugszeichen Z bezeichnet ist.

Ein beispielhafter Meßablauf zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip mit dem erläuterten Meßgerät stellt sich folgendermaßen dar.

Bei Inbetriebnahme des Lotsystems veranlaßt die Steuerung den Elektromotor das Tastgewicht so weit abzusenken, daß sich die beiden Zahnscheiben sich so weit verdrehen, daß deren Referenzimpulsmarken detektiert werden können. Auf diese Weise kann die Drehmomentmeßeinrichtung geeicht werden, so daß die Verdrehung zwischen beiden Zahnscheiben und damit der Feder als Absolutwert zur Verfügung steht. Anschließend zieht die Steuerung das Tastgewicht so weit ein, daß es an den beiden oberen Endlagenbolzen anschlägt, welche als Referenzmarke für die inkrementale Wegmessung dienen. Erreicht das Tastgewicht die Endlagenbolzen, so bleibt die Welle der Seiltrommel stehen, während sich die Antriebswelle des Elektromotors weiterdreht bis die Steuerung aufgrund der detektierten Drehmomentzunahme den Elektromotor abschaltet, wenn ein vorgegebener Drehmomentgrenzwert überschritten wird. Die Position der auf der Seiltrommelwelle befindlichen Zahnscheibe bildet nun als Absolutwert den Nullpunkt für die Seillängenwegmessung. Über die beiden Informationen Drehmoment und Weglänge lassen sich alle benötigten Daten zur Ablaufsteuerung, Meßwertgewinnung und Diagnose beim Lotsystem ableiten.

Insbesondere können detektiert werden:

• - Drehmomentveringerung beim Seilablauf an einem Punkt bedeutet Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut,
• - Drehmomentüberschreitung beim Anheben des Tastgewichtes bedeutet, daß dieses von Füllgut verschüttet wurde,
• - Drehmomentüberschreitung während des Seileinzugs bedeutet:
  • a) Verhaken des Tastgewichtes an Behältereinbauten, wenn sich noch mehr als eine vorgegebene Länge (z. B. 2 Meter) Meßseil im Behälter befinden,
  • b) starkes Pendeln des Tastgewichtes, falls sich dieses näher als die vorgegebene Strecke an der Endlage befindet,
  • c) Erreichen der oberen Endlage, wenn die Wegposition annähernd mit der zuvor abgespeicherten übereinstimmt,
  • d) Zu geringes Drehmoment über eine gewisse Wegstrecke bedeutet ein gerissenes Seil,
  • e) Dauerhaft abweichende Drehmomente bedeuten Verschmutzung des Rollenraumes oder ein fehlerhaftes Tastgewicht,
  • f) Keine Bewegung bei korrektem Drehmoment bedeutet Motor- oder Steuerung ist defekt.

Die Referenzimpulsmarken auf den Zahnscheiben können zur Selbstüberwachung der Weg- und Drehmomentmeßeinrichtung zusätzlich verwendet werden. Jede Zahnscheibe muß pro Umdrehung eine bestimmte Anzahl Impulse liefern. Mittels eines entsprechenden Softwareprogrammes läßt sich feststellen, ob bei Detektion einer Referenzimpulsmarke alle erforderlichen Impulsmarken gezählt werden. Wurden zu viele oder zu wenig Impulsmarken gezählt, kann der Zählerstand bei geringen sporadischen Abweichungen anhand der Referenzimpulsmarke korrigiert werden. Bei einer systematischen Abweichung meldet dagegen die Steuerung dem Betreiber einen Sensordefekt als Störung.

Auf diese Weise ergibt sich eine vollständige Überwachung sämtlicher Zähne und Zahnlücken auf deren Vorhandensein, sämtlicher Gabelschranken und aller zugehörigen Sensoreingänge der Steuerung auf deren Funktion.

Durch die erfindungsgemäße Kontrolle aller Kraft- und Bewegungsabläufe des Meßseiles, der Bewegungsreaktionen des Elektromotors auf Ansteuerbefehle sowie der Überwachung aller Meßwertaufnehmer ergibt sich vorteilhafterweise ein selbstüberwachtes Füllstandmeßsystem, welches

• - von der Norm abweichende Betriebszustände erkennt,
• - diese durch entsprechende Ablaufroutinen zu beseitigen versucht (z. B. bei Verschüttung, Verhaken, Pendeln des Tastgewichts),
• - Abweichungen von Daten softwaremäßig kompensiert, solange dies sinnvoll ist (Reibungswerte, Gewichtskraftabwei­ chungen, Impulsaussetzer),
• - bei nicht behebbaren Störungen dem Betreiber den fehlerhaften Betriebszustand mittels Störmeldeausgang und Textanzeige meldet.

Abschließend wird nochmals auf Fig. 1 und die dort dargestellte Anordnung der Schaltungsplatine 152 samt Gabelschranken A1 bis D2 verwiesen. Durch die direkte Montage und damit Befestigung der Gabelschranken auf der Unterseite der Schaltungsplatine 152 entfällt eine umständliche und störeinstrahlungsgefährdete Leitungszuführung zu den Gabelschranken A1 bis D2. Für eine einwandfreie Funktion der Meßeinrichtung müssen die Gabelschranken jedoch, wie erläutert, exakt justiert die Impulsscheiben 129, 131 abtasten. Um eine solche exakte Justage zu ermöglichen, sind auf der Schaltungsplatine 152 Justierhilfen für eine paßgenaue Justage der Schaltungsplatine 152 innerhalb des Gehäuses 151 der Meßeinrichtung vorgesehen. Diese Justierhilfen können randseitig an der Platine angebracht und mit entsprechenden Justierhilfen innerhalb des Gehäuses der Meßeinrichtung zusammenwirken. Die Gabelschranken selbst werden mit geeigneten Montageschablonen auf der Schaltungsplatine ortsrichtig plaziert. Bei einem Defekt einer der Gabelschranken kann somit durch einfaches Austauschen der Schaltungsplatine 152 und ohne notwendige, umständliche Justagearbeiten eine ordnungsgemäße Funktion der Meßeinrichtung wieder hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1

. . .

71

Zähne

101

Gehäuse

103

Seiltrommel

104

Seiltrommelwelle

105

Meßseil

107

Tastgewicht

109

Endanschlagbolzen

111

Hülsen

113

Elektromotor

115

Getriebe

117

Seilführungshilfenrolle

119

Antriebswelle

121

Befestigungsflansch

123

Federeinrichtung, Schlingfeder

123

a Federschenkel

125

Anschlagbolzen

127

Anschlagbolzen

128

Scheibe

129

Impulsgeberscheibe

130

Scheibe

131

Impulsgeberscheibe

134

Schrauben

135

Bolzen

150

Auswerte- und Steuereinrichtung

152

Schaltungsplatine

200

Mikroprozessor

202

EPROM

204

EEPROM

206

Anzeige- und Bedieneinheit

208

Multiplexer

210

Schalter

212

Taster

214

Impulsformer

216

Treiber

218

Halbleiterschalter

220

Halbleiterschalter

222

Ausgangsrelais

224

Ausgangsrelais

226

Tiefpaß

228

Stromausgang

230

Watch-Dog-Schaltung

232

Power-Down-Schaltung
A-A Schnittlinie
A1, A2 Gabelschranken
B1, B2 Gabelschranken
C1, C2 Gabelschranken
D1, D2 Gabellichtschranken
H1-Hn Halbwellen
ΔM Absolutwertschwankung
M Absolutwert
M', M" Istwert
R1, R2 Referenzimpulsmarken, Zahnlücken
s Strecke
t Zeit
U Netzwechselspannung
V1, V3 Vollwellen
Z Resultierende Spannung

Claims (28)

1. Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Senklotprinzip, bei welchem ein an einem Meßseil hängendes Tastgewicht auf ein Füllgut abgesenkt und beim Auftreffen auf das Füllgut die von einer Seiltrommel abgespulte Länge des Meßseils elektronisch durch Zählen von beim Spulvorgang der Seiltrommel erzeugten Impulsen in einer Zähleinrich­ tung bestimmt wird, wobei die Seiltrommel mit einer An­ triebsachse eines Elektromotors federnd gekoppelt ist und eine relative Veränderung der Verdrehung von Seiltrommel und Antriebswelle als Kriterium für das Auftreffen des Tastgewichtes auf das Füllgut herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem zu Beginn des Meßverfahrens durch Detektion von der Seiltrommel und der Antriebswelle zugeordneten Refe­ renzimpulsmarken digital bestimmten Absolutwert (M) für die Verdrehung von Seiltrommel (103) und Antriebswelle (119) zueinander kontinuierlich und vorzeichenrichtig eine Abweichung von diesem Absolutwert detektiert wird, und daß bei einer vorgegebenen Abweichung der Elektro­ motor abgeschaltet oder in seiner Drehrichtung umgekehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst durch kurzes Absenken des Tastgewichtes (107) oberhalb des Füllgutes der Absolutwert (M) für die relative Verdrehung von Seiltrommel (103) und An­ triebswelle (119) bestimmt wird, daß anschließend das Tastgewicht (107) angehoben wird, bis der ermittelte Absolutwert (M) durch Anschlagen an einer Endanschlageinrichtung (109) überschritten wird, wobei der Zählerstand der Zähleinrichtung auf einen Anfangswert gesetzt wird, und daß anschließend das Tastgewicht (107) in Richtung Füllgut bei gleichzeitigem Zählen der Impulse abgesenkt wird, bis der Absolutwert (M) unterschritten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel (103) und die Antriebswelle (119) jeweils mit einer Impulsgeberscheibe (129, 131) feststehend gekoppelt sind und jede dieser Impulsgeberscheiben (129, 131) eine Referenzimpulsmarke (R1, R2) aufweist, welche detektiert werden und hieraus der Winkelversatz dieser Referenzimpulsmarken (R1, R2) als Absolutwert (M) für die relative Verdrehung von Seiltrommel (103) und Antriebswelle (119) herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulsgeberscheiben (129, 131) an mehreren versetzt zueinander liegenden Positionen zur Erzeugung von Impulsen berührungsfrei abgetastet wird, daß aus den abgestasteten Impulsen die Anzahl der Wellenrotationen, die Drehrichtung und die Lage der Referenzimpulsmarken (R1, R2) ermittelt wird und daß diese ermittelten Werte in einer Auswerte- und Steuereinrichtung (150) zumindest zum Ein- und Ausschalten des die Seiltrommel (103) antreibenden Elektromotors (113) herangezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungsinformation für jede Impulsgeberscheibe (129, 131) mittels zweier um n . 90° Impulsperiode, wobei n = 1, 3, 5 . . ., versetzte Impulsdetektionsmittel (A1, B1) bestimmt wird und daß durch mindestens ein weiteres Impulsdetektionsmittel (C1, D1) die Referenzmarke (R1, R2) der zugehörenden Impulsgeberscheibe (129, 131) bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Referenzmarkenbestimmung ebenfalls zwei um n . 90° Impulsperiode, wobei n = 1, 3, 5 . . ., zueinander versetzte Impulsdetektionsmittel (C1, D1) eingesetzt werden, wobei diese weiteren zwei Impulsdetektionsmittel (C1, D1) um ein ganzzahliges Vielfaches von 360° Impulsperiode zu den anderen zwei Impulsdetektionsmitteln (A1, B1) versetzt angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte- und Steuereinrichung (150) die Flankenwechsel sämtlicher von den Impulsdetektionsmitteln (A1, B1, C1, D1) detektierten Impulse ausgewertet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte- und Steuerelektronik (150) die Drehrichtung der Impulsgeberscheiben (129, 131) dadurch bestimmt wird, daß die Änderung der Signalzustände und insbesondere der Flankenwechsel von in zwei um n . 90° Impulsperiode versetzten Impulsdetektionsmitteln (A1, B1; C1, D1) erzeugten Impulsen ausgewertet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte- und Steuerelektronik (150) die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Referenzimpulsmarken (R1; R2) detektierte Anzahl von Impulsen mit einem Sollwert verglichen und bei einer vorgegebenen Abweichung eine Störmeldung generiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Überschreitens des anfänglich bestimmten Absolutwertes (M) während des Anhebens des Tastgewichtes (107) bis unterhalb eines vorgegebenen Abstandes zur Endanschlageinrichtung (109) eine Steuerroutine gestartet wird, welche eine Laufunterbrechung, eine kurze Richtungsumkehr und ein anschließendes erneutes Anheben des Tastgewichtes (107) mit reduziertem Drehmoment vorsieht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerroutine mehrmals hintereinander durchgeführt wird und das Tastgewicht (107) nach einer vorgegebenen Anzahl von vergeblichen Hebeversuchen mit maximalem Drehmoment angehoben wird, wobei eine Störmeldung ausgegeben wird, wenn dies nicht gelingt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Laufunterbrechung des Elektromotors (113) ein Sanftanlauf des Elektromotors (113) bei reduzierter Drehmomentaufnahme den Hebevorgang des Tastgewichtes (107) einleitet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung eines Sanftanlaufes des Elektromotors (113) eine impulsförmige Ansteuerung eines Asynchronmotors vorgesehen wird, wobei die impulsförmige Ansteuerung durch definiertes Ein- und Ausschalten des an Netzwechselspannung (U) angeschlossenen Asynchronmotors in der Weise erfolgt, daß jeweils in vorgebbaren Abständen Halbwellen (H1, H3, . . .) oder Vollwellen der Netzwechselspannung (U) an den Asynchronmotor gelegt werden.

14. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung mit einem auf eine Seiltrommel (103) aufgewickelten Meßseil (105), an welchem endseitig ein Tastgewicht (107) hängt, und mit einem Elektromotor (113) zum Antrieb der Seiltrommel (103), wobei die Seiltrommel (103) und die Antriebswelle (119) des Elektromotors (113) aus­ schließlich über eine Federeinrichtung (123) miteinander gekoppelt sind und sowohl die Seiltrommel (103) als auch Antriebswelle (119) des Elektromotors (113) jeweils mit einer Impulsgeberscheibe (129, 131) drehfest gekoppelt sind, sowie mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung (150) zum Detektieren einer relativen Verdrehungsänderung der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) zueinander sowie zur hiervon abhängigen Steuerung des Elektromotors (113), dadurch gekennzeichnet, daß jede der Impulsgeberscheiben (129, 131) eine Vielzahl von Impulsmarken (Z1 . . . Z71) und eine Referenzimpulsmarke (R1, R2) aufweist, daß jede der Impulsgeberscheiben (129, 131) von zwei zueinander versetzten Impulsdetektionsmitteln (A1, B1; A2, B2) sowie mit mindestens einem weiteren Impulsdetektionsmittel (1, D1; 2, D2) zum Erfassen der jeweiligen Referenzimpulsmarken (R1, R2) abtastbar sind und daß durch die Auswerte- und Steuereinrichtung (150) sowohl beim Absenken als auch Anheben des Tastgewichtes (107) kontinuierlich und vorzeichenrichtig die relative Verdrehung der beiden Referenzimpulsmarken (R1, R2) zueinander sowie die Drehrichtungen und Wellenrotationen der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) detektierbar sind.

15. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeberscheiben (129, 131) an ihrem äußeren Umfang eine Vielzahl von Zähnen (Z1 . . . Z71) und Lücken zur Bildung der Impulsmarken sowie einen fehlenden Zahn oder einen zusätzlichen Zahn zur Bildung der Referenzimpulsmarken (R1, R2) aufweisen und daß die Impulsdetektionsmittel (A1, B1, C1, D1; A2, B2, C2, D2) durch Gabelschranken gebildet sind.

16. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdetektionsmittel (A1, B1, C1, D1; A2, B2, C2, D2) für jede der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) durch zwei Gabelschrankenpaare gebildet sind, wobei jeweils die beiden Gabelschranken (A1, B1; A2, B2) des ersten Gabelschrankenpaares um n . 90° Zahnperiode und die beiden Gabelschranken (C1, D1; C2, D2) des zweiten Gabelschrankenpaares ebenfalls um n . 90° Zahnperiode zueinander versetzt angeordnet sind und wobei die beiden Gabelschrankenpaare zueinander um ein ganzzahliges Vielfaches von 360° Zahnperiode versetzt sind, wobei n = 1, 3, 5 . . . .

17. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabelschranken optische, magnetische oder induktive Sende- und Empfangsmittel aufweisen.

18. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Steuereinrichtung (150) einen Speicher (202, 204) aufweist, in welchem der Absolutwert (M) für die anfängliche Verdrehung der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) zueinander und ein oder mehrere vorgegebene Differenzbeträge (±ΔM) abspeicherbar sind, und daß bei einer detektierten Abweichung um mindestens einen dieser vorgegebenen Differenzbeträge (±ΔM) der relativen Verdrehung der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) zueinander eine Steuerroutine für den Elektromotor (113) einleitbar ist.

19. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (113) ein Asynchronmotor ist und Anschlußklemmen für den Anschluß an ein Drehstrom- oder Einphasenstromnetz aufweist.

20. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektromotor (113) ein selbsthemmendes Getriebe (115), insbesondere ein Schneckengetriebe, nachgeschaltet ist.

21. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (113) durch Halbleiterschaltmittel (218, 220) steuerbar ist.

22. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Steuereinrichtung (150) die Halbleiter­ schaltmittel (218, 220) impulsweise derart ansteuert, um eine Einphasenwechselspannung an den Elektromotor (150) halbwellenweise oder vollwellenweise mit zwischen den Halbwellen (H1 . . . Hn) oder Vollwellen liegenden Lücken anzulegen.

23. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Impulsdetektionsmittel (A1 . . . D2) und die Auswerte- und Steuereinrichtung (150) jeweils ein Impulsformer (214) zur Bildung von Rechtecksignalen geschaltet ist.

24. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Steuerelektronik (150) sowie weitere elektronische Komponenten auf einer Schaltungsplatine (152) angeordnet sind, daß auf dieser Schaltungsplatine (152) auch die Impulsdetektionsmittel (A1 . . . D2) angeordnet sind, und daß diese Schaltungsplatine (152) mit einer Anzeige- und Bedieneinheit (206) versehen ist, wobei die Schaltungsplatine (152) so innerhalb der elektromechanischen Füllstandmeßvorrichtung angeordnet ist, daß die unmittelbar auf der Schaltungsplatine (152) sitzenden Impulsdetektionsmittel (A1 . . . D2) die Impulsmarken (Z1 . . . Z71) und Referenzimpulsmarken (R1, R2) der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) abtasten können.

25. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (152) und das Gehäuse (101) der elektromechanischen Füllstandmeßvorrichtung Justierhilfen für eine paßgenaue Justage der Schaltungsplatine (152) aufweisen.

26. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (123) eine Schwingfeder ist, welche eine mit der Seiltrommel (103) feststehende Seiltrommelwelle (104) an die Antriebswelle (119) des Elektromotors (113) nach Art einer Schwingfederkupplung koppelt.

27. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden zugewandten Flächen der Impulsgeberscheiben (129, 131) Anschlagbolzen (125, 127) angeordnet sind, welche bei einem etwaigen Bruch der Federeinrichtung (123) ein Verdrehen der beiden Impulsgeberscheiben (129, 131) zueinander lediglich bis zu einem vorgegebenen Winkelversatz erlauben.

28. Elektromechanische Füllstandmeßvorrichtung nach An­ spruch 27, dadurch, gekennzeichnet, daß der durch die Anschlagbolzen (125, 127) bedingte zulässige Winkelversatz etwa 180° beträgt.